يمكن أن يؤدي تصميم أنظمة طاقة منخفضة الكربون في المستقبل لاستخدام الطاقة المتولدة التي تزيد عن متطلبات الشبكة لإنتاج وقود الهيدروجين إلى خفض تكاليف الكهرباء بشكل كبير، وفقًا للدراسة الجديدة التي نشرتها مجلة الطاقة التطبيقية المتقدمة Advances in Applied Energy بواسطة تيلر روجلز وكين كالديرا من كارنيجي.

مصادر الطاقة المتجددة مثل الشمس والرياح لها اختلافات طبيعية بسبب أنماط الطقس – بعض الأيام تكون مشرقة وواضحة، والبعض الآخر ملّبد بالغيوم؛ بعض الأيام صاخبة، والبعض الآخر هادئ. مما يعني أن البنية التحتية لتوليد الطاقة المتجددة بحاجة إلى تصميم يتناسب مع هذا التباين ويضعه في الاعتبار.

ولضمان وجود طاقة كافية متاحة لتلبية متطلبات المجتمع القصوى عندما لا تتماشى ظروف الطبيعة مع ذلك، يجب بناء المزيد من التوربينات والألواح الشمسية أكثر مما هو ضروري في الأيام العاصفة والمشمسة. ولكن على الجانب الآخر، عندما يكون الطقس مناسبًا، لا توجد طريقة لاستخدام أو تخزين كل الكهرباء التي يمكن لمولدات الرياح أو الطاقة الشمسية إنتاجها.

وأوضح كالديرا إن الأماكن التي قدمت بالفعل التزامات كبيرة لطاقة الرياح والطاقة الشمسية، بما في ذلك كاليفورنيا وتكساس وألمانيا والمملكة المتحدة، تحتاج بشكل متزايد إلى تقليص الإنتاج، الأمر الذي أثار الاهتمام لإعادة استخدام الطاقة غير المستخدمة بكفاءة.

حيث إن التمتع بالمرونة لإعادة توجيه سعة الطاقة غير المستخدمة في صناعة الوقود يمكن أن يملأ الفجوة بين متطلبات الطاقة الثابتة وموارد الطاقة المتغيرة. ومثال على ذلك صنع وقود الهيدروجين عن طريق تقسيم الماء إلى غاز الهيدروجين وغاز الأكسجين، وهي عملية تسمى التحليل الكهربائي.

وشرع روجلز وكالديرا، مع زملائه جاكلين داولينج وناثان لويس من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، في استكشاف إمكانية إضافة هذا النوع من المرونة إلى نظام الطاقة لدينا. لتمثيل فرص وقيود تقلبات الرياح والطاقة الشمسية بدقة، حيث قاموا بإنشاء نموذج يتضمن بيانات الطقس التاريخية.

وقال روجلز: “وجدنا أنه في الأنظمة النموذجية منخفضة الكربون، هناك دائمًا ما يكفي من الكهرباء الزائدة المولدة لتحريك التحليل الكهربائي للهيدروجين بعد إرسال الطاقة اللازمة إلى الشبكة لاستخدامات أخرى”.

ووفقًا لنموذجهم، يمكن تنفيذ نظام يستخدم الكهرباء الزائدة لإنتاج وقود الهيدروجين باستخدام البنية التحتية للطاقة التي تم إنشاؤها لتزويد الشبكة. ووجدوا أن السعة الجديدة لن تحتاج إلى البناء حتى تتجاوز كمية الكهرباء المستخدمة لتشغيل خلايا وقود الهيدروجين حوالي 20 % من إجمالي الطلب على الطاقة. ومع ذلك، فإن سعر أي توسع نهائي يمكن أن يقابله انخفاض في متوسط ​​تكلفة الكهرباء بموجب هذا الترتيب.

وخلص كالديرا إلى أن أحد أكبر التحديات في إنشاء قطاع كهرباء منخفض الكربون أو خالٍ من الكربون هو الدمج الفعال للموارد المتغيرة، مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية. كما يوضح أن إنتاج الوقود الكهربائي، مثل الهيدروجين يمكن أن يكون خطوة رئيسية نحو الاستخدام الأفضل لموارد الرياح والطاقة الشمسية ، خاصة إذا كان من الممكن إنتاج الوقود الكهربائي بتكلفة رأسمالية منخفضة.

المصدر: https://techxplore.com

ترجمة: فاتن ضاوي المحنّا

تويتر: @F_D_Almutiri

مراجعة: لبنى عبد الله آل ربيع

تويتر: astrolubna@